Pneumologie 2014; 68(03): 173-186
DOI: 10.1055/s-0033-1359180
Originalarbeit
© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Wirksamkeit von Umweltzonen in der ersten Stufe: Analyse der Feinstaubkonzentrationsänderungen (PM10) in 19 deutschen Städten[*]

Effectiveness of Low Emission Zones of Stage 1: Analysis of the Changes in Fine Dust Concentrations (PM10) in 19 German CitiesP. Morfeld1, 2, D. A. Groneberg3, M. Spallek4, 5
  • 1Institut für Epidemiologie und Risikobewertung in der Arbeitswelt (IERA) der Evonik Industries AG, Essen
  • 2Institut und Poliklinik für Arbeitsmedizin, Umweltmedizin und Präventionsforschung der Universität zu Köln
  • 3Institut für Arbeitsmedizin, Sozialmedizin und Umweltmedizin der Goethe-Universität, Frankfurt
  • 4Europäische Forschungsvereinigung für Umwelt und Gesundheit im Transportsektor EUGT e.V., Berlin
  • 5Institut für Arbeitsmedizin, Charité Universitätsmedizin Berlin
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Publication History

eingereicht 11 September 2013

akzeptiert nach Revision03 December 2013

Publication Date:
15 January 2014 (eFirst)

Zusammenfassung

Hintergrund: Es ist unbekannt bzw. umstritten, ob die in Deutschland eingeführten Umweltzonen (UWZ) die Feinstaubbelastung nachweisbar reduzieren.

Methode: PM10-Konzentrationen von den Messstationen innerhalb und außerhalb der UWZ in 19 deutschen Städten wurden analysiert (Augsburg, Berlin, Dortmund, Duisburg, Düsseldorf, Essen, Frankfurt a. M., Hannover, Herrenberg, Ilsfeld, Karlsruhe, Köln, Ludwigsburg, Mannheim, München, Reutlingen, Stuttgart, Tübingen, Wuppertal), um die Wirksamkeit der Fahrverbote (Stufe 1) für Fahrzeuge der Schadstoffgruppe 1 (ohne Plakette) auf die Schadstoffkonzentration zu untersuchen. Kontinuierliche Halbstundenmesswerte und gravimetrische Tagesmittelwerte wurden für den Zeitraum von ca. 2005 bis Ende 2009 übernommen. Die Analyse beruht auf vier einander paarweise zugeordneten Messwerten als gematchte Quadrupel aus zwei Index- und zwei Referenzwerten (Indexstationen liegen innerhalb, Referenzstationen messen außerhalb der UWZ). Ein Indexwert und der simultan gemessene Referenzwert wurden während der aktiven Phase der UWZ gemessen, das andere Wertepaar wurde vor Einführung der UWZ erhoben. Die Wertepaare haben eine Zeitdifferenz von 364 Tagen oder von einem Vielfachen von 364 Tagen, wodurch die Jahreszeit, der Wochentag und die Tageszeit im Quadrupel konstant gehalten werden. Differenzen der Indexwerte wurden regressionstechnisch mit den Differenzen der Referenzwerte korrigiert, wobei meteorologische Parameter (Mischungsschichthöhe, Niederschlagsmenge, Windgeschwindigkeit), Schulferienzeiten, Phase der Umweltprämie, LKW-Fahrverbotszeiten und Ausgangswerte an den Index- und Referenzstationen als Kovariablen in sog. „fixed effects“ Regressionsanalysen der Quadrupel berücksichtigt wurden (Differenzwertmethode im Zwei-Perioden-Fall). Dieser statistische Ansatz wurde vor der eigentlichen Datenanalyse an simulierten Messdaten der FU Berlin erfolgreich erprobt.

Ergebnisse: 2 110 803 Quadrupel kontinuierlicher PM10-Messungen und 15 735 gravimetrische Quadrupel wurden aus den verfügbaren Daten der Messstationen identifiziert, aus denen 61 169 Quadrupel zu Tagesmittelwerten aufgebaut wurden. Die Analysen für die erste Stufe ergaben als beste Effektschätzer (an allen Indexstationen) eine Feinstaubreduktion von ≤ 0,2 μg/m3 (bzw. relative PM10-Reduktionen ≤ 1 %). Der beste Effektschätzer an allen Verkehrsstationen (also ohne städtische Hintergrund- und Industrieindexstationen) lag unterhalb von 1 μg/m3 (bzw. weniger als 5 %).

Schlussfolgerungen: Alle Analysewerte liegen damit unter den vor Einführung von UWZ prognostizierten Feinstaubreduktionen. Diese Studie untersuchte als erste übergreifend die Wirksamkeit von UWZ der Stufe 1 in Deutschland auf die Feinstaubkonzentrationen von PM10 nach einem einheitlichen Datensammlungs- und Analyseplan und unter Berücksichtigung möglichst vieler Störeinflüsse.

Abstract

Background: It is not known/is disputed whether introduction of low emission zones (LEZs) leads to a reduction of fine dust pollutants.

Methods: Data on PM10 concentrations obtained from measurement stations within and outside of LEZs from 19 German cities (Augsburg, Berlin, Dortmund, Duisburg, Düsseldorf, Essen, Frankfurt a. M., Hannover, Herrenberg, Ilsfeld, Karlsruhe, Köln, Ludwigsburg, Mannheim, München, Reutlingen, Stuttgart, Tübingen, Wuppertal) were analyzed in order to investigate the effect of banning vehicles (“tier 1”) of the pollutant group 1 (without stickers) on the pollutant concentration, i.e, this study focused on LEZs that restricted cars of EURO 1 standard without appropriate retrofitting systems from entering these zones. For the period from about 2005 until the end of 2009, data from continuous half-hour measurements as well as gravimetrically determined daily measurements of PM10 were collected. The analysis consisted of four pairwise corresponding measurement values as matched quadruples of two index and two reference values (index stations are inside, and reference stations are outside the LEZs). One index value and the simultaneous reference value were measured during the active LEZ period, and the other pair of values was measured before the LEZ was introduced. The pairs of values had a difference in time of 364 days or a multiple of 364 days keeping the season, weekday and time of day constant within the quadruple. Differences in index values were regressed on differences in reference values while meteorological parameters (height of the inversion base, amount of precipitation, wind velocity), school holidays, period of environmental bonus paid, periods when trucks were banned as well as baseline data at index and reference stations were taken into account as covariates in so-called “fixed effects” regression analyses of the quadruples (difference score method in the two-period case). The statistical approach was successfully validated prior to this study in an analysis of simulated data from FU Berlin.

Results: 2,110,803 quadruples of continuous PM10 and 15,735 gravimetric quadruples were identified leading to 61,169 quadruples based on daily PM10 averages. The analyses showed that best LEZ effect estimates for fine dust reduction were (at all index stations) ≤ 0.2 μg/m3, i. e., a relative PM10 reduction ≤ 1 %. Best estimates at all index stations near traffic (excluding urban background and industry index stations) were below 1 μg/m3 (less than 5 %, respectively).

Conclusions: Effects were smaller than predicted prior to the introduction of LEZs. This study is the first that investigated comprehensively the effectiveness of “tier 1” LEZs in Germany on PM10 reduction with a homogeneous approach in data collection and analysis and taking into account the most relevant confounding factors.

* Auf Grundlage eines Vortrags auf dem 15. Technischen Kongress des VDA (Verband der Automobilindustrie) am 22. März 2013 in München.